Kecederaan Buah Pinggang Akibat Ventilator: Adakah Biomarker Novel Kunci Untuk Pencegahan?

Hubungi:joanna.jia@wecistanche.com

Mark L. Hepokoski et al

Abstrak

Pengudaraan mekanikal dikaitkan dengan peningkatan ketara dalam risiko akutbuah pinggang kecederaan(AKI). Kadar daripadaAKIdisebabkan oleh pengudaraan mekanikal dan kematian yang berkaitan kekal tinggi. Strategi pencegahan dan terapeutik jelas kurang. Disebabkan oleh pengudaraanbuah pinggangkecederaan dipercayai berlaku disebabkan oleh perubahan hemodinamik yang merosakkanbuah pinggangperfusi, perubahan neurohumoral-mediated dalam aliran darah intra-renal, dan mediator inflamasi sistemik yang dihasilkan oleh kecederaan paru-paru yang disebabkan oleh ventilator. Risiko kecederaan pada buah pinggang oleh mekanisme ini boleh diubah suai dengan pengudaraan pelindung paru-paru terbuka dengan jumlah pasang surut yang rendah dan tekanan akhir ekspirasi positif yang tinggi. Walau bagaimanapun, strategi ini juga boleh meningkatkan risiko kecederaan dalam beberapa tetapan, dan doktor mempunyai cara yang terhad untuk mengenal pasti strategi ventilator yang optimum untuk setiap pesakit tertentu. Biomarker kencing novel telah menunjukkan keupayaan untuk meramalkan AKI sebelum tanda klinikal klasik seperti penurunan pengeluaran air kencing dan peningkatan kreatinin. Biomarker ini boleh menjadi petunjuk awal kepada intensivis strategi ventilator yang mencederakan dan kegagalan pengurusan tradisional.

Kata kunciDisebabkan oleh pengudaraanbuah pinggangkecederaan· Biomarker air kencing

Cistanche tubulosa mencegah penyakit buah pinggang, klik di sini untuk mendapatkan sampel

pengenalan

Pengudaraan mekanikal selalunya diperlukan sebagai intervensi menyelamatkan nyawa dalam pesakit kritikal. Walau bagaimanapun, pengudaraan mekanikal juga meningkatkan risiko akutbuah pinggangkecederaan (AKI) tiga kali ganda [1]. Akibat AKI dalam pesakit pengudaraan mekanikal adalah penting, kerana kematian bebas AKI di unit rawatan rapi (ICU) adalah 30-50 peratus [2], dan pesakit dengan kegagalan pernafasan gabungan dan AKI mempunyai kematian 60-80 peratus [3]. Penyelidikan meluas mengenai kesan sistemik pengudaraan mekanikal telah memberikan pandangan penting tentang mekanisme potensi kecederaan buah pinggang akibat ventilator (VIKI). Malangnya, kadar AKI dalam pesakit pengudaraan mekanikal kekal tidak boleh diterima tinggi, dan strategi pencegahan dan terapeutik sangat terhad. Dalam ulasan ini, kami menerangkan pengetahuan semasa kami mengenai mekanisme VIKI dan membincangkan potensi peranan biomarker kencing novel sebagai cara untuk membimbing intensivis dalam memilih strategi pengudaraan mekanikal pelindung buah pinggang.

Mekanisme dan Pendekatan Semasa untuk Kecederaan Buah Pinggang Akibat Pengudaraan Mekanikal

Kesan buruk buah pinggang daripada pengudaraan mekanikal telah diketahui selama lebih 70 tahun. Pada tahun 1947, Drury et al. [4] adalah yang pertama mengetahui pengetahuan kami untuk menyiasat tanggapan ini dengan mengukur kelegaan urea dalam subjek manusia yang terdedah kepada pelbagai tahap tekanan saluran udara positif berterusan. Mereka memerhatikan hubungan songsang yang jelas antara tahap tekanan saluran udara positif berterusan yang digunakan dan fungsi buah pinggang, dan penulis membuat kesimpulan bahawa pengudaraan mekanikal yang disebabkan oleh "tekanan peredaran darah" yang boleh dikenal pasti dengan mengurangkan fungsi buah pinggang. Kajian seterusnya dalam taring membantu menjelaskan mekanisme yang terlibat dengan menunjukkan bahawa pengudaraan tekanan positif menyebabkan pengurangan keluaran jantung dengan menghalang pulangan vena [5]. Telah ditemui kemudian bahawa mediator neurohumoral yang dikeluarkan semasa pengudaraan mekanikal juga menjejaskan aliran darah buah pinggang dari korteks ke medulla, yang membawa kepada penyerapan semula natrium dan pengurangan kadar penapisan glomerular. Penyerapan semula natrium dalam buah pinggang memerlukan penggunaan oksigen yang tinggi [6]; oleh itu, pengudaraan mekanikal boleh mengurangkan penghantaran oksigen melalui kesan hemodinamik sistemik manakala seterusnya meningkatkan penggunaan oksigen melalui mediator neurohumoral.

Baru-baru ini, kecederaan paru-paru akibat ventilator (VILI) telah dicadangkan sebagai satu lagi mekanisme AKI melalui crosstalk keradangan dari paru-paru ke buah pinggang [7]. Walaupun pengudaraan mekanikal mempunyai peranan utama dalam sokongan hidup, bukti menunjukkan bahawa tetapan ventilator tertentu boleh menyebabkan kecederaan paru-paru dalam beberapa kes atau mungkin memburukkan lagi kecederaan paru-paru setelah ditubuhkan [8]. Pengudaraan tekanan positif menggunakan volum pasang surut yang tinggi dengan tekanan transpulmonari tinggi yang berkaitan boleh meregangkan paru-paru dan membawa kepada kerosakan pada membran alveolar-kapilari (iaitu, volutrauma dan barotrauma). Selain itu, sesetengah unit paru-paru, terutamanya yang mempunyai ketegangan permukaan yang tinggi, mungkin berisiko mengalami kecederaan paru-paru akibat keruntuhan alveolar berulang dan pembukaan semula (iaitu, atelectrauma) [8]. VILI membawa kepada sel epitelium dan endothelial pulmonari yang rosak yang mengaktifkan lata imun semula jadi yang mengakibatkan pembebasan sitokin proinflamasi, seperti IL-6 dan TNF- [8]. Sitokin ini kemudiannya boleh memasuki peredaran sistemik dan menyebarkan lata keradangan di buah pinggang dalam proses yang dipanggil biotrauma [8]. Imai et al. [9] menunjukkan bahawa biotrauma adalah mekanisme yang berkemungkinan VIKI dengan menunjukkan bahawa serum daripada arnab yang mengalami kecederaan, pengudaraan jumlah pasang surut yang tinggi membawa kepada apoptosis buah pinggang secara in vitro.

Pengudaraan pelindung paru-paru terbuka merujuk kepada strategi pengudaraan yang bertujuan untuk mencegah VILI dan biotrauma sistemik dengan volum pasang surut rendah untuk mengelakkan overdistensi alveolar dan tekanan akhir ekspirasi positif tinggi (PEEP) untuk mencegah atelectrauma. Pada tahun 2000, penyiasat Rangkaian Sindrom Gangguan Pernafasan Akut menerbitkan kajian ARMA yang terkenal, yang menunjukkan bahawa strategi pengudaraan pelindung paru-paru terbuka ini meningkatkan hasil buah pinggang seperti yang diukur oleh hari tanpa kegagalan buah pinggang dan mengurangkan kematian pada pesakit dengan Sindrom Gangguan Pernafasan Akut [10] . Terutama, kajian sistematik dan meta-analisis baru-baru ini mendedahkan bahawa pengudaraan mekanikal kekal sebagai faktor risiko bebas untuk AKI walaupun protokol pengudaraan ARMA [1], dan tiada terapi lain yang wujud pada masa ini. Salah satu halangan kepada pembangunan terapi baru adalah hakikat bahawa ia masih tidak jelas daripada kajian epidemiologi jika pengudaraan mekanikal moden sebenarnya adalah "punca" AKI dan bukannya persatuan. Sebagai contoh, ada kemungkinan bahawa kadar AKI yang lebih tinggi dalam pesakit pengudaraan mekanikal hanya disebabkan oleh proses atau terapi penyakit komorbid yang biasa, seperti sedasi dan antibiotik, atau hanya penanda keterukan penyakit. Kausalitas sangat dicadangkan oleh fakta bahawa walaupun jumlah sederhana tekanan positif yang digunakan pada taring atau manusia yang sihat sebelum ini menyebabkan penurunan dalam pengeluaran air kencing [4, 5], tetapi mekanisme tepat yang terlibat belum dijelaskan sepenuhnya. Kajian lanjut dalam bidang ini jelas diperlukan untuk membuktikan kausaliti dan untuk mengenal pasti sasaran terapeutik yang berpotensi diubah suai.

Biomarker Urin dalam Pengesanan Awal VIKI dan Pengudaraan Mekanikal "Khusus Pesakit" Pada masa ini, protokol ARMA digunakan untuk hampir semua pesakit di ICU sebagai pendekatan "satu saiz untuk semua" kepada pengudaraan mekanikal. Walau bagaimanapun, data terkini mencadangkan bahawa volum pasang surut yang digunakan dalam protokol ini (6–8 mL/kg berat badan ideal) mungkin masih membawa kepada VILI pada sesetengah pesakit, manakala yang lain mungkin lebih baik dengan volum pasang surut sedikit lebih tinggi disebabkan tahap yang lebih tinggi. sedasi yang diperlukan untuk mengekalkan volum pasang surut yang rendah [11]. "PEEP terbaik" untuk mencegah electrauma sambil mengekalkan perfusi buah pinggang yang mencukupi juga tidak jelas. Oleh itu, ramai pakar intensif percaya bahawa pendekatan yang lebih khusus pesakit mungkin lebih baik, dan terdapat kerja yang luas yang memfokuskan pada pengukuran baru yang boleh membimbing doktor dalam memilih tetapan ventilator yang paling sesuai untuk setiap pesakit tertentu [11]. Sebagai contoh, jika doktor sedar bahawa tetapan ventilator semasa yang mereka gunakan dalam pesakit tertentu memberi kesan buruk kepada buah pinggang, mereka hampir pasti akan mempertimbangkan perubahan. Baru-baru ini, beberapa biomarker kencing novel telah menunjukkan keupayaan untuk meramalkan AKI sebelum pengesanan klinikal. Utiliti biomarker ini dalam mencegah VIKI masih perlu diwujudkan, tetapi maklumat yang diberikan mungkin sangat berharga kepada intensivis sebagai output masa nyata berikutan permulaan pengudaraan mekanikal.

Kepekatan urin perencat tisu metalloproteinase 2 didarab dengan kepekatan protein pengikat faktor pertumbuhan seperti insulin 7 telah ditunjukkan untuk meramalkan dengan tepat perkembangan AKI sederhana hingga teruk dalam pesakit ICU dengan gangguan pernafasan atau kardiovaskular [12, 13]. ]. Gabungan biomarker ini semakin digunakan secara meluas di ICU di seluruh dunia, dan keupayaan mereka untuk membawa kepada pencegahan AKI kelihatan menjanjikan. Biomarker kencing lain yang menunjukkan janji adalah berdasarkan kecederaan mitokondria buah pinggang yang ditemui oleh Whitaker et al. [14, 15]. Penyiasat ini menggunakan model haiwan untuk menunjukkan bahawa produk sampingan mitokondria, DNA mitokondria [15] dan ATP Synthase Subunit- [14], dilepaskan ke dalam air kencing selepas hanya 10 minit iskemia dan reperfusi buah pinggang. Mereka menunjukkan kemudian bahawa tahap kencing serpihan mitokondria ini meramalkan perkembangan AKI dalam subjek manusia selepas pembedahan kardiotoraks. Biomarker berasaskan mitokondria mungkin mempunyai utiliti tertentu dalam meramalkan VIKI, kerana ia masuk akal mekanistik bahawa VIKI akan menggalakkan kecederaan mitokondria. Seperti yang dinyatakan sebelum ini, pengudaraan mekanikal menyebabkan perubahan dalam aliran darah buah pinggang yang boleh mengurangkan penghantaran oksigen dan meningkatkan penggunaan oksigen secara serentak. Ketidakseimbangan dalam penggunaan penghantaran oksigen ini dijangka menyebabkan kecederaan mitokondria buah pinggang yang mendalam yang mungkin berlaku sebelum pengeluaran air kencing berkurangan dan peningkatan kreatinin.

Keghairahan untuk penanda bio ini terganggu oleh fakta bahawa ujian intervensi yang menunjukkan hasil yang lebih baik adalah kurang. Pencegahan VIKI menawarkan peluang unik untuk percubaan intervensi, kerana selalunya doktor tidak tahu dengan tepat bila tekanan buah pinggang akan berlaku (cth, permulaan pengudaraan tekanan positif). Tahap biomarker kencing boleh dinilai sebelum dan selepas permulaan pengudaraan mekanikal, dan pakar perubatan boleh menukar atau mengekalkan tetapan ventilator atau mempertimbangkan sokongan hemodinamik tambahan berdasarkan keputusan. Biomarker ini juga boleh digunakan dalam kombinasi dengan skor kecederaan paru-paru dan penilaian mekanik paru-paru untuk mengenal pasti pesakit yang tidak bertindak balas terhadap pengudaraan pelindung paru-paru terbuka tradisional dan mungkin memerlukan sekatan neuromuskular awal, kedudukan terdedah, atau pengoksigenan membran extracorporeal.

Kesimpulan

AKI biasanya berlaku pada pesakit pengudaraan mekanikal dan kadar kematian yang berkaitan adalah sangat tinggi. Walaupun kemajuan penting dalam pengetahuan kami tentang interaksi paru-paru-buah pinggang, beberapa soalan kekal mengenai mekanisme tepat yang terlibat dalam VIKI. Memandangkan kesan klinikal yang besar, pelbagai soalan terbuka untuk doktor dan saintis, dan peluang unik untuk terapi pencegahan, kami menyokong untuk memberi tumpuan lebih lanjut pada topik ini. Strategi terapeutik baru akan menjadi tambahan yang dialu-alukan untuk persenjataan kami dan mungkin memerlukan pendekatan pelbagai disiplin dengan penglibatan pakar nefrologi, pakar pulmonologi, saintis dan pakar intensif.

Ucapan terima kasih

Dr. Mark L. Hepokoski disokong oleh NIH T32 DK104717. Dr. Atul Malhotra ialah PI pada NIH RO1 HL085188, K24 HL132105, dan T32 HL134632 dan penyiasat bersama pada R21 HL121794, RO1 HL119201 dan RO1 HL081823. Sebagai Pegawai Persatuan Thoracic Amerika, Dr. Atul Malhotra telah melepaskan semua pendapatan peribadi luar sejak 2012. ResMed, Inc. memberikan sumbangan dermawan kepada UC San Diego sebagai sokongan kepada pusat tidur. Dr. Prabhleen Singh ialah PI pada Anugerah Merit Hal Ehwal Veteran (VA) BX002175 dan NIH R03 DK101841. Dr. Crotty Alexander ialah PI di American Heart Association Beginning Grant-in-Aid 16BGIA27790079, UAB-UCSD O'Brien Center Daniel O'Connor Scholar Award NIH P30-DK079337, VA BLR&D Career Development Award 1IK2BX001313, dan ATS Anugerah Yayasan. Kandungan adalah tanggungjawab pengarang semata-mata dan tidak semestinya mewakili pandangan rasmi sumber pembiayaan.

Kenyataan Pendedahan

Penulis mengisytiharkan bahawa tidak ada kepentingan kewangan yang bersaing.

Rujukan

1 van den Akker JP, Egal M, Groeneveld AB: Pengudaraan mekanikal invasif sebagai faktor risiko kecederaan buah pinggang akut dalam penyakit kritikal: kajian sistematik dan meta-analisis. Crit Care 2013;17:R98.

2 Chawla LS, Amdur RL, Shaw AD, Faselis C, Palant CE, Kimmel PL: Persatuan antara AKI dan hasil buah pinggang dan kardiovaskular jangka panjang dalam veteran Amerika Syarikat. Clin J Am Soc Nephrol 2014;9:448–456.

3 Chertow GM, Christiansen CL, Cleary PD, Munro C, Lazarus JM: Stratifikasi prognostik dalam pesakit kritikal dengan kegagalan buah pinggang akut yang memerlukan dialisis. Arch Intern Med 1995;155:1505–1511.

4 Drury DR, Henry JP, Goodman J: Kesan pernafasan tekanan berterusan pada fungsi buah pinggang. J Clin Invest 1947;26:945–951.

5 Priebe HJ, Heimann JC, Hedley-Whyte J: Mekanisme disfungsi buah pinggang semasa pengudaraan tekanan akhir ekspirasi positif. J Appl Physiol Respir Environ Exerc Physiol 1981;50:643–649.

6 Bullen A, Liu ZZ, Hepokoski M, Li Y, Singh P: Pengoksigenan buah pinggang dan hemodinamik dalam kecederaan buah pinggang. Nephron 2017;137:260–263.

7 Hepokoski M, Englert JA, Baron RM, Crot-ty-Alexander LE, Fuster MM, Beitler JR, Malhotra A, Singh P: Kecederaan paru-paru akibat pengudaraan meningkatkan ekspresi menyinggung mediator keradangan mereka di buah pinggang. Am J Physiol Renal Physiol 2017;312:F654– F660.

8 Slutsky AS, Ranieri VM: Kecederaan paru-paru akibat pengudaraan. N Engl J Med 2014;370:980.

9 Imai Y, Parodo J, Kajikawa O, de Perrot M, Fischer S, Edwards V, Cutz E, Liu M, Kes- mempunyai S, Martin TR, Marshall JC, Ranieri VM, Slutsky AS: Pengudaraan mekanikal yang mencederakan dan organ akhir apoptosis sel epitelium dan disfungsi organ dalam model eksperimen sindrom gangguan pernafasan akut. JAMA 2003;289:2104–2112.

10 Rangkaian Sindrom Gangguan Pernafasan Akut, Brower RG, Matthay MA, Morris A, Schoenfeld D, Thompson BT, Wheeler A: Pengudaraan dengan volum pasang surut yang lebih rendah berbanding dengan volum pasang surut tradisional untuk kecederaan paru-paru akut dan sindrom gangguan pernafasan akut. N Engl J Med 2000;342:1301–1308.

11 Hepokoski M, Owens RL, Malhotra A, Beitler JR: Pengudaraan mekanikal dalam sindrom gangguan pernafasan akut di ATS 2016: pencarian strategi khusus pesakit. J Thorac Dis 2016;8(bekalan 7): S550–S552.

12 Kashani K, Al-Khafaji A, Ardiles T, Artigas A, Bagshaw SM, Bell M, Bihorac A, Birkhahn R, Cely CM, Chawla LS, Davison DL, Feld- Kamp T, Forni LG, Gong MN, Gunnerson KJ, Haase M, Hackett J, Honore PM, Hoste EA, Joannes-Boyau O, Joannidis M, Kim P, Joyner JL, Laskowitz DT, Lissauer ME, Marx G, McCullough PA, Mullaney S, Ostermann M, Rimmele T, Shapiro NI, Shaw AD, Shi J, Sprague AM, Vincent JL, Vinsonneau C, Wagner L, Walker MG, Wilkerson RG, Zacharowski K, Kellum JA: Penemuan dan pengesahan biomarker penangkapan kitaran sel dalam kecederaan buah pinggang akut manusia. Crit Care 2013;

17:R25.

13 Bihorac A, Chawla LS, Shaw AD, Al-Khafaji A, Davison DL, Demuth GE, Fitzgerald R, Gong MN, Graham DD, Gunnerson K, Heung M, Jordan S, Kleerup E, Joyner JL, Krell K, Letourneau J , Lissauer M, Miner J, Nguyen HB, Ortega LM, Self WH, Sellman R, Shi J, Straseski J, Szalados JE, Wilber ST, Walker MG, Wilson J, Wunderink R, Zim- merman J, Kellum JA: Pengesahan biomarker penangkapan kitaran sel untuk kecederaan buah pinggang akut menggunakan adjudikasi klinikal. Am J Respir Crit Care Med 2014;189:932–939.

14 Whitaker RM, Korrapati MC, Stallons LJ, Jesinkey SR, Arthur JM, Beeson CC, Zhong Z, Schnellmann RG: Sub-unit ATPsynthase kencing ialah biomarker novel disfungsi mitokondria buah pinggang dalam kecederaan buah pinggang akut. Toxicol Sci 2015;145:108–117.

15 Whitaker RM, Stallons LJ, Knaff JE, Alge JL, Harmon JL, Rahn JJ, Arthur JM, Beeson CC, Chan SL, Schnellmann RG: DNA urinarimitochondrial ialah biomarker gangguan mitokondria dan disfungsi buah pinggang dalam kecederaan buah pinggang akut. Int Buah Pinggang 2015;88: 1336–1344.